Estudio de la actividad puzolánica de micro/nanosílice y su aplicación en hormigones de altas resistencias

Abstract

La investigación de la adición de nanopartículas a materiales cementosos es un área en creciente desarrollo dentro del campo de la industria de la construcción en los últimos años, pues su uso mejora importantes propiedades del hormigón, como resistencia y durabilidad. Las primeras aplicaciones comerciales están comenzando a lanzarse al mercado. El tipo de adición objeto de este estudio es la nanosílice. La adición de nanosílice al hormigón mejora sus propiedades tanto a nivel de resistencia mecánica como a nivel de resistencia a degradación, mejorando la durabilidad de las estructuras de hormigón. La nanosílice, dado su tamaño, actúa como filler de gran efectividad, reduciendo el tamaño de poros y mejorando de esta manera las propiedades mecánicas. También actúa como adición activa, ya que reacciona para formar gel C-SH y activa el proceso de hidratación del cemento. También fomenta el proceso de hidratación participando en las reacciones de hidratación de los materiales con propiedades puzolánicas. Además, la adición de nanosílice fomenta la precipitación de gel C-S-H con ratio Ca/Si menor. Esta propiedad mejora la permeabilidad y el comportamiento de estos materiales ante la descalcificación y disolución de la matriz ante niveles de pH bajos. El establecimiento de la relación entre el desarrollo de la microestructura y las propiedades que esta supone, así como la monitorización y modelación de los procesos implicados, son asuntos de gran importancia en términos de investigación de materiales de construcción. A parte de caracterizar la microestructura y las propiedades en materiales cementosos desde un punto de vista micro y/o macroscópico, es esencial ampliar y combinar esta información con la caracterización facilitada a nanoescala, lo que se buscó en el desenvolvimiento de este trabajo por diferentes etapas buscando encontrar soluciones para el problema propuesto, utilizando comparativamente micro y nanosilice. Inicialmente se hizo una caracterización de los materiales usados en esta investigación utilizando diferentes técnicas como la difracción de rayos X (XRD), la Espectroscopia Infrarroja modificada de Fourier (FTIR) y la Microscopia electrónica de barrido (SEM). En continuación se fabricaron capas finas de nanosilice utilizando una evaporadora de haz de electrones (e-beam) con el objetivo de analizar la hidratación del compuesto en contacto con hidróxido de calcio en solución en nanoescala utilizando el Microscopio de fuerza atómica (AFM). Buscando la confirmación del espesor de la capa de nanosilice el Interferómetro óptico (OI) fue utilizado. Al final, probetas de mortero fueran producidas con el objetivo de comparar las propiedades mecánicas con el uso o no de micro y nanosilice. Los resultados muestran que hay diferencias físicas entre la micro y la nanosílice principalmente en relación a los tamaños de las partículas, aunque químicamente las dos son muy similares. Los ensayos de resistencia a flexión y compresión a 3 días no presentan diferencias importantes entre probetas con y sin las adiciones, pero se espera que el comportamiento cambie con el tiempo.